通航建筑物引航道泥沙淤积管理与清淤方案研究

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：14.6.3.1引航道的泥沙淤积1.引航道泥沙淤积的原因试验研究和工程运行实践表明，对于设置防淤隔流堤的引航道而言，其泥沙淤积主要由缓流、回流、异重流所导致;此外，船闸充泄水、航道口门外的动水与口门内静水的相互作用所产生的往复流亦会引起航道内泥沙淤积和冲刷，但其数量相对较小。

14.6.3.1　引航道的泥沙淤积

1.引航道泥沙淤积的原因

试验研究和工程运行实践表明，对于设置防淤隔流堤的引航道而言，其泥沙淤积主要由缓流、回流、异重流所导致;此外，船闸充泄水、航道口门外的动水与口门内静水的相互作用所产生的往复流亦会引起航道内泥沙淤积和冲刷，但其数量相对较小。一般说来，引航道口门区主要为缓流、回流淤积，引航道口门内则主要为回流、异重流和往复流淤积。

(1)缓流淤积。引航道口门区一般选在流速较缓的地区，以满足通航水流条件，但此处汛期含沙量大，易发生泥沙落淤，淤积分布较为均匀。

(2)回流淤积。回流是由于引航道口门附近过水断面扩大而引起，并与主流的水体发生交换。由于交界面水流的紊动扩散作用，主流区的挟沙水流进入回流区;回流区的平面尺度与主流区的流速大小成正比，因此近河底处的回流区范围较近水面处的范围小，导致交界面附近存在垂向动水压力差，主流区近河底的水流垂向进入回流区;进入回流区的水体因重力作用而返回主流区，而所挟带的泥沙则大部分沉积在回流区。此外，回流区的部分挟沙水体以异重流的形式潜入引航道内，并在上溯过程不断落淤，析出的清水则重新进入回流区。

引航道口门回流区泥沙淤积可能形成近岸边滩，如葛洲坝枢纽三江上游引航道口门区的王家沟边滩，下游引航道口门内形成拦门槛。

(3)异重流的淤积。引航道口门内和口门外水体含沙量不同，存在重率差，故口门外的挟沙水体以异重流形式沿航道底部潜入引航道内并上溯一定距离。

异重流淤积分布为靠近口门段淤积较快，向内沿程淤积缓慢，尾部成层状淤积。随着口门逐年淤高，其淤积量逐年递减。

(4)往复流淤积。往复流引起的航道内水流运动有如下特点，水位的波动幅度从船闸泄水口至航道口门沿程递减和沿时程衰减;船闸泄水后大部分时间航道内形成全断面流向航道外的顺向流和相反方向的逆向流，而在水流转向时发生短暂的憩流和表流顺向、底流逆向的流动;船闸泄水后第一个波峰到达口门时，口门回流区消失，以后水体往返流动过程中口门外回流区边界变化不大，但航道内的回流边界有所下移;当航道为顺向流时，流速沿程递增，流速沿垂线分布为表面流速大于底流速，逆向流时则相反。

往复流导致的泥沙运动有以下特点，含沙量沿垂线分布仍为自水面向河底方向增大，但比异重流的含沙量垂线分布均匀;含沙量由口门向船闸前沿程递减，但递减率不如异重流大。葛洲坝枢纽坝区泥沙模型有无船闸充泄水的对比试验表明，下游引航道在有船闸泄水情况下，其淤积量比无船闸泄水情况增加64%，且淤积沿程分布较均匀。

2.引航道泥沙淤积

观测资料分析表明，葛洲坝枢纽三江引航道年淤积总量与当年来水来沙、坝前水位、船闸运用、冲沙闸泄洪等因素有关，一般为500万m3以内。为保证通航，每年须利用冲沙闸引流冲沙和局部地段机械疏浚。20世纪90年代清淤后当年的回淤量为171万～276万m3，其中下游引航道为68万～181万m3，一般年份为100万m3左右。

三峡工程通航建筑物引航道布置方案为上游引航道长隔流堤全包方案，下游引航道设防淤隔流堤、船闸泄水通过泄水管直接排至长江主河道。坝区泥沙实体模型试验研究表明，引航道泥沙淤积有以下特点。

(1)上游引航道。上游引航道口门内的泥沙淤积主要为异重流淤积和船闸充水引起的往复流淤积，口门外为回流和缓流淤积。

引航道泥沙淤积量随枢纽运用年限的增长而增加，并随着不同水文年来水来沙不同而变化。枢纽运用初期32年、中期54年和远期76年内，引航道清淤量均以遇1954年型丰水丰沙年的第31年、第53年和第75年最大，分别为52.8万m3、178.6万m3和205.7万m3。由于模型试验的水沙条件未计及三峡水库上游干支流新建水库和水土保持工程的拦沙效果，若考虑此两项因素，则上述清淤量出现的年份将相应推迟。

引航道口门内和口门外的清淤量约各占上游引航道总清淤量的一半。口门内船闸引航道的清淤量占口门内引航道总清淤量的75%以上。

(2)下游引航道。下游引航道口门外泥沙淤积主要为缓流和回流淤积，口门内则主要为异重流淤积。由于船闸泄水直接排至引航道外，不会引起口门内往复流淤积;而引航道口门处主河道水位涨落等引起的往复流则相对较弱。

引航道泥沙淤积量随枢纽运用年限的增长而增加，并随不同水文年来水来沙不同而变化。枢纽运用初期32年、中期54年和远期76年内，引航道清淤量均以遇1954年型丰水丰沙年的第31年、第53年和第75 年最大，分别为57.7 万m3、201.8 万m3和325.9万m3。

引航道口门内的清淤量约占总清淤量的30%，枢纽运用远期75年的清淤量为100万m3左右。据施工期1999年3月与1998年5月下游引航道测图计算，1998年丰水丰沙年下游引航道口门内底板高程56.5m 以上的淤积量为101.54万m3，在此期间口门内未挖泥疏浚，该年的水沙情况与枢纽运用远期第75年、水库淤积基本平衡后遇1954年丰水丰沙年的水沙条件相近，说明上述模型试验结果是可信的。

口门内淤积分布为自口门往上游递减，淤积主要集中在近口门的1km 范围内，这一特点亦与1998年实测情况基本一致。

针对枢纽通航建筑物引航道的泥沙淤积问题，长江科学院通过已建工程实测资料分析、水槽试验、泥沙实体模型试验及理论分析，对许多种防淤、清淤措施进行了深入研究(潘庆燊等，2003;姚于丽等，1991;郭炜等，1997)。结果表明，在通航建筑物引航道，采取引客水破异重流、射流破异重流、潜坝拦阻异重流等防淤措施，以及引流冲沙、引流结合松动冲沙、机械挖泥等清淤措施，均有一定的防淤、清淤效果，但防淤、清淤工程方案须结合枢纽通航建筑物的特点，通过技术、经济和水资源综合利用比较后选定。

经过大量研究表明，在不考虑三峡枢纽上游干支流新建水库和水土保持工程拦沙效果的条件下，枢纽运用初期30年内，三峡工程通航建筑物上、下游引航道泥沙淤积碍航问题，防淤隔流堤口门外航道均须采取机械清淤措施，口门内航道则可采取机械清淤为主，冲沙闸引流(冲沙流量2500m3/s)结合松动冲沙为辅的综合措施加以解决;枢纽运用中远期，仍可采取此项清淤综合措施，并根据当时情况研究是否增设其他防淤设施。

通航建筑物引航道泥沙淤积管理与清淤方案研究

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